Τέλειο Τετράγωνο

Συντονιστές: cretanman, silouan, rek2

harrisp
Δημοσιεύσεις: 546
Εγγραφή: Σάβ Μαρ 28, 2015 8:49 pm

Τέλειο Τετράγωνο

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από harrisp » Κυρ Φεβ 12, 2017 11:08 am

Να βρείτε τους θετικούς ακεραίους m,n καθώς και τον πρωτο p ωστε ο αριθμος

\dfrac{5^m+2^np}{5^m-2^np} να ειναι τέλειο τετραγωνο ακεραίου



Λέξεις Κλειδιά:
Άβαταρ μέλους
Διονύσιος Αδαμόπουλος
Δημοσιεύσεις: 807
Εγγραφή: Σάβ Μαρ 19, 2016 5:11 pm
Τοποθεσία: Πύργος Ηλείας

Re: Τέλειο Τετράγωνο

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Διονύσιος Αδαμόπουλος » Κυρ Φεβ 12, 2017 1:11 pm

Θέλουμε να ισχύει ότι:

\dfrac{5^m+2^np}{5^m-2^np}=k^2 \Leftrightarrow...\Leftrightarrow 5^m(k^2-1)=2^np(k^2+1)

Προφανώς ο 5^m(k^2-1) πρέπει να είναι άρτιος, άρα ο k πρέπει να είναι περιττός, έστω k=2l+1, με l μη αρνητικό ακέραιο.

Η εξίσωση μετά από μερικές πράξεις γίνεται:

5^m(2l^2+2l)=2^np(2l^2+2l+1)

Έστω l>0.

Προφανώς, αφού (2l^2+2l, 2l^2+2l+1)=1, έχουμε ότι 2l^2+2l+1|5^m\Leftrightarrow 2l^2+2l+1=5^f, όπου f θετικός ακέραιος.

Παρομοίως έχουμε ότι 2l^2+2l|2^np. Αν ο p είναι άρτιος τότε πρέπει 2l^2+2l=2^g, όπου g θετικός ακέραιος. Αν ο p είναι περιττός, τότε 2l^2+2l\nmid p, άρα 2l^2+2l|2^n\Leftrightarrow 2l^2+2l=2^g(δεν ισχύει). Σε κάθε περίπτωση έχουμε πως 2l^2+2l=2^g.

Άρα πρέπει να ισχύει ότι 5^f-1=2^g και από το θεώρημα Catalan ή το θεώρημα Zsigmondy παίρνουμε εύκολα ότι (f,g)=(1, 2), άρα l=1 και k=3. Αντικαθιστώντας έχουμε πως 5^m\cdot 8=2^np\cdot 10\Leftrightarrow 5^{m-1}\cdot 2=2^{n-1}\cdot p. Αν m=1, τότε έχουμε το ζεύγος (m, n, p)=(1, 1, 2). Αν m=2, έχουμε το ζεύγος (m, n, p)=(2, 2, 5). Αν m>2, τότε πρέπει 25|2^{n-1}\cdot p, άτοπο.

Έστω l=0. Τότε k=1, που είναι άτοπο, καθώς \dfrac{5^m+2^np}{5^m-2^np}\ne1.

Μοναδικές λύσεις λοιπόν οι (m, n, p)=(2, 2, 5), (1, 1, 2).

Προσοχή: Η λύση έχει κενό!
τελευταία επεξεργασία από Διονύσιος Αδαμόπουλος σε Κυρ Φεβ 12, 2017 3:20 pm, έχει επεξεργασθεί 3 φορές συνολικά.


Houston, we have a problem!
Άβαταρ μέλους
JimNt.
Δημοσιεύσεις: 590
Εγγραφή: Παρ Μάιος 20, 2016 3:00 pm

Re: Τέλειο Τετράγωνο

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από JimNt. » Κυρ Φεβ 12, 2017 1:14 pm

Είναι και η (1,1,2)


Bye :')
Άβαταρ μέλους
Διονύσιος Αδαμόπουλος
Δημοσιεύσεις: 807
Εγγραφή: Σάβ Μαρ 19, 2016 5:11 pm
Τοποθεσία: Πύργος Ηλείας

Re: Τέλειο Τετράγωνο

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Διονύσιος Αδαμόπουλος » Κυρ Φεβ 12, 2017 1:22 pm

JimNt. έγραψε:Είναι και η (1,1,2)
Ευχαριστώ για την επισήμανση. Η λύση πάνω έχει κενό.
τελευταία επεξεργασία από Διονύσιος Αδαμόπουλος σε Κυρ Φεβ 12, 2017 3:21 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.


Houston, we have a problem!
harrisp
Δημοσιεύσεις: 546
Εγγραφή: Σάβ Μαρ 28, 2015 8:49 pm

Re: Τέλειο Τετράγωνο

#5

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από harrisp » Κυρ Φεβ 12, 2017 1:59 pm

Πολυ ωραια! :coolspeak:

Ας προσπαθήσουμε και με πιο στοιχειώδη μεσα...


Άβαταρ μέλους
emouroukos
Συντονιστής
Δημοσιεύσεις: 1447
Εγγραφή: Δευ Δεκ 22, 2008 1:27 pm
Τοποθεσία: Αγρίνιο

Re: Τέλειο Τετράγωνο

#6

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από emouroukos » Κυρ Φεβ 12, 2017 3:01 pm

Έστω ότι \displaystyle{\frac{{{5^m} + {2^n}p}}{{{5^m} - {2^n}p}} = {k^2},} όπου k θετικός ακέραιος.

Θεωρούμε το μέγιστο κοινό διαιρέτη των όρων του κλάσματος: \displaystyle{d = \left( {{5^m} + {2^n}p{{,5}^m} - {2^n}p} \right).}

Θα πρέπει: \displaystyle{{5^m} - {2^n}p|d.}

Αλλά είναι:

\displaystyle{d|\left( {\left( {{5^m} + {2^n}p} \right) + \left( {{5^m} - {2^n}p} \right),\left( {{5^m} + {2^n}p} \right) - \left( {{5^m} - {2^n}p} \right)} \right) = \left( {2 \cdot {5^m}{{,2}^{n + 1}}p} \right) = \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}} 
{2,}&{p \ne 5{\rm{ }}}\\ 
{10,}&{p = 5} 
\end{array}} \right.},

οπότε \displaystyle{d \in \left\{ {1,2,5,10} \right\}} και άρα \displaystyle{{5^m} - {2^n}p \in \left\{ {1,2,5,10} \right\}.}

Έχουμε, λοιπόν, τις περιπτώσεις:

\bullet Έστω ότι \displaystyle{{5^m} - {2^n}p = 1.} Τότε \displaystyle{{5^m} + {2^n}p = {k^2},} και άρα \displaystyle{{2^{n + 1}}p = {k^2} - 1} και \displaystyle{2 \cdot {5^m} = {k^2} + 1.} Από την τελευταία ισότητα έχουμε ότι ο k είναι περιττός, οπότε η σχέση

\displaystyle{{2^{n + 1}}p = {k^2} - 1 = \left( {k - 1} \right)\left( {k + 1} \right)}

δίνει τρεις περιπτώσεις:

(i) \displaystyle{\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}} 
{k - 1 = 2}\\ 
{k + 1 = {2^n}p} 
\end{array}} \right\} \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}} 
{k = 3}\\ 
{{2^n}p = 4} 
\end{array}} \right\} \Rightarrow \left( {m,n,p} \right) = \left( {1,1,2} \right)},

(ii) \displaystyle{\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}} 
{k - 1 = 2p}\\ 
{k + 1 = {2^n}} 
\end{array}} \right\} \Rightarrow p = {2^{n - 1}} - 1, }

οπότε

\displaystyle{{5^m} - {2^n}\left( {{2^{n - 1}} - 1} \right) = 1 \Rightarrow {5^m} - {2^{2n - 1}} + {2^n} = 1}.

Από τη σχέση αυτή προκύπτει ότι \displaystyle{{2^n}|{5^m} - 1,} οπότε από το Λήμμα LTE (Lifting The Exponent) έχουμε ότι

\displaystyle{n \le {v_2}\left( {{5^m} - 1} \right) \ge n - 2 = {v_2}\left( {5 - 1} \right) + {v_2}\left( m \right) + {v_2}\left( {5 + 1} \right) - 1 = 2 + {v_2}\left( m \right)}

και άρα \displaystyle{{v_2}\left( {{5^m} - 1} \right) \ge n - 2,} δηλαδή \displaystyle{{2^{n - 2}}|m.} Αλλά τότε έχουμε ότι:

\displaystyle{{5^m} - {2^{2n - 1}} + {2^n} \ge {5^{{2^{n - 2}}}} - {2^{2n - 1}} + {2^n} > 1}

για κάθε \displaystyle{n \ge 4}. Οι περιπτώσεις \displaystyle{n = 1} και \displaystyle{n = 2} δεν μπορεί να ισχύουν, αλλά για \displaystyle{n = 3} προκύπτει η λύση \displaystyle{\left( {m,n,p} \right) = \left( {2,3,3} \right).}

Στην περίπτωση

(iii) \displaystyle{\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}} 
{k - 1 = {2^n}}\\ 
{k + 1 = 2p} 
\end{array}} \right\} \Rightarrow p = {2^{n - 1}} + 1}

βρίσκουμε όμοια ότι \displaystyle{{5^m} - {2^{2n - 1}} - {2^n} = 1.} Όπως πριν, είναι \displaystyle{{2^{n - 2}}|m} και άρα

\displaystyle{{5^m} - {2^{2n - 1}} - {2^n} \ge {5^{{2^{n - 2}}}} - {2^{2n - 1}} - {2^n} > 1}

για κάθε \displaystyle{n \ge 4.} Εύκολα ελέγχουμε ότι οι περιπτώσεις \displaystyle{n = 1}, n=2 και \displaystyle{n = 3} δεν οδηγούν σε λύση.

\bullet Έστω ότι \displaystyle{{5^m} - {2^n}p = 2.} Τότε \displaystyle{2|{5^m},} άτοπο.

\bullet Έστω ότι \displaystyle{{5^m} - {2^n}p = 5.} Τότε, είναι υποχρεωτικά \displaystyle{{p = 5},} οπότε

\displaystyle{{5^{m - 1}} - {2^n} = 1.}

Πάλι από το Λήμμα LTE έχουμε ότι

\displaystyle{n = {v_2}\left( {{2^n}} \right) = {v_2}\left( {{5^{m - 1}} - 1} \right) = {v_2}\left( {5 - 1} \right) + {v_2}\left( {m - 1} \right) + {v_2}\left( {5 + 1} \right) - 1 = 2 + {v_2}\left( {m - 1} \right),}

οπότε \displaystyle{{2^{n - 2}}|m - 1} και άρα

\displaystyle{{5^{m - 1}} - {2^n} \ge {5^{{2^{n - 2}}}} - {2^n} > 1}

για κάθε \displaystyle{n \ge 3}. Η περίπτωση \displaystyle{n = 1} δεν μπορεί να ισχύει, αλλά για \displaystyle{n = 2} προκύπτει η λύση \displaystyle{\left( {m,n,p} \right) = \left( {2,2,5} \right).}

\bullet Έστω ότι \displaystyle{{5^m} - {2^n}p = 10.} Τότε \displaystyle{2|{5^m},} άτοπο.

Ώστε, οι ζητούμενες λύσεις είναι οι \displaystyle{\boxed{\left( {m,n,p} \right) \in \left\{ {\left( {1,1,2} \right),\left( {2,3,3} \right),\left( {2,2,5} \right)} \right\}}}.


Βαγγέλης Μουρούκος

Erro ergo sum.
harrisp
Δημοσιεύσεις: 546
Εγγραφή: Σάβ Μαρ 28, 2015 8:49 pm

Re: Τέλειο Τετράγωνο

#7

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από harrisp » Κυρ Φεβ 12, 2017 3:11 pm

Η πηγή απο οπου πήρα την ασκηση είχε τελικά λάθη.

Απο οτι φαίνεται πρόκειται για κάκιστη επιλογή φακέλου.

Ζητώ συγγνώμη για την παρεξήγηση.

Ευχαριστώ πολυ τον κύριο Βαγγέλη για την λυση.


Απάντηση

Επιστροφή σε “Θεωρία Αριθμών - Προχωρημένο Επίπεδο (Juniors)”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 3 επισκέπτες